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      一種熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具及其制備方法

      文檔序號(hào):8356126閱讀:528來(lái)源:國(guó)知局
      一種熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具及其制備方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及模具制造領(lǐng)域,尤其涉及一種熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具,同時(shí) 還涉及該銅鑄件模具的制備方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 模具工業(yè)是技術(shù)附加值最高的行業(yè)之一,是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。目前我 國(guó)已把模具列入了國(guó)家重點(diǎn)支持發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄。
      [0003] 模具工業(yè)是制造業(yè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ),也是衡量一個(gè)國(guó)家 制造水平的重要標(biāo)志。機(jī)械、汽車(chē)、電子、石化、建筑等5大支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,都離不開(kāi)模具, 模具的生產(chǎn)技術(shù)水平在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)能力。
      [0004] 正因?yàn)槟>吖I(yè)的巨大市場(chǎng)前景,目前世界各國(guó)都在模具制造上投入巨大的資 金,不斷地開(kāi)發(fā)模具制造的新技術(shù)、新方法、新材料等。傳統(tǒng)模具制造方法具有高投入、長(zhǎng)工 期、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn),對(duì)于大、中批量生產(chǎn)有一定優(yōu)勢(shì)。但隨著近年來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,要求企 業(yè)必須能更快速的響應(yīng)市場(chǎng)和用戶(hù)的需要,促使工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式由傳統(tǒng)的大、中批量 向靈活、易變性和快速反應(yīng)能力的中、小批量轉(zhuǎn)變。
      [0005] 在這種條件下,傳統(tǒng)模具制造方法由于其固有的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、投入資金大、產(chǎn)品改 進(jìn)困難等缺點(diǎn),在一定程度上制約了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此,在模具領(lǐng)域正向高度集成 化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率,縮短設(shè)計(jì)及 制造周期,降低生產(chǎn)成本,滿(mǎn)足用戶(hù)需要。因此,開(kāi)發(fā)快速、經(jīng)濟(jì)、高性能的模具越來(lái)越受到 人們的重視。
      [0006] 目前,許多新技術(shù)正在模具制造領(lǐng)域得到應(yīng)用,如基于快速原型技術(shù)與熱噴涂、電 鑄、精密鑄造、電火花等特種加工等方法結(jié)合,使模具加工更加靈活、經(jīng)濟(jì)、快速,是一個(gè)技 術(shù)含金量極高的高新領(lǐng)域。
      [0007] 過(guò)去的80年中,熱噴涂作為一種最重要的且可能以最豐富的方式影響人類(lèi)生活 的表面工程得到了巨大發(fā)展;同時(shí),利用熱噴涂方法制備模具是一項(xiàng)快速制模技術(shù),是熱 噴涂的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域,這種方法生產(chǎn)模具成本低,制造周期短,滿(mǎn)足當(dāng)前對(duì)模具制造靈 活、經(jīng)濟(jì)、快速的新要求。熱噴涂制造模具是通過(guò)逐層噴涂堆積而成,對(duì)模具形狀和尺寸可 實(shí)現(xiàn)有效控制。早在上世紀(jì)80年代,美國(guó)TAFA公司就已成功地利用電弧噴涂制造出大型 汽車(chē)塑料內(nèi)飾件模具,但目前大多數(shù)熱噴涂制模技術(shù)僅限于制造低熔點(diǎn)金屬模具,如電弧 噴鋁、鋅及其合金等。這些低熔點(diǎn)技術(shù)模具強(qiáng)度低、表面硬度差,僅適用于普通吹塑、吸塑模 具,其應(yīng)用受到很大限制。
      [0008] 銅鑄件模具對(duì)模具性能提出了較高要求,由于模具表面要頻繁接觸熔融銅液,因 此不但要使整體模具具有良好的導(dǎo)熱性能,快速地實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)將熔融銅液固化成產(chǎn)品,而 且對(duì)模具表面耐熱蝕性能和硬度提出了更高要求。目前,合金材料能較好的實(shí)現(xiàn)表面耐熱 蝕能力,且材料硬度較高,但其成形性較差,可塑性較低,該類(lèi)材料制備模具最常用的加工 方法是鑄造和粉末冶金。但鑄造加工法常引起合金元素的微偏析,增強(qiáng)相從熔液中排出。粉 末加工法則是生產(chǎn)費(fèi)用高且耗時(shí),加工過(guò)程復(fù)雜,如重?zé)Y(jié)、混合、冷壓、脫氣、熱壓以及二 次加工等。這些模具加工方法的不足,亟需開(kāi)發(fā)出一種成本低、效率高,耐熱蝕性好的新型 銅鑄件模具。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0009] 鑒于此,本發(fā)明目的在于提供一種成本低、效率高,耐熱蝕性好的新型銅鑄件模 具,以及該模具的制備方法。本發(fā)明的模具性?xún)r(jià)比高,生產(chǎn)周期短,同時(shí)具備優(yōu)異的導(dǎo)熱性、 耐熱蝕性和硬度,能夠滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)要求,適用于銅鑄件模具等模具制造領(lǐng)域,具有良好的 應(yīng)用前景與經(jīng)濟(jì)效益。
      [0010] 為解決以上技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供的技術(shù)方案是,提供一種熱噴涂工藝快速成型 銅鑄件模具,從內(nèi)到外依次為導(dǎo)熱層、過(guò)渡層和耐熱蝕層,所述導(dǎo)熱層由高導(dǎo)熱金屬材料通 過(guò)熱噴涂到基底材料表面構(gòu)成,所述過(guò)渡層由高沉積效率和耐蝕性能的金屬材料通過(guò)熱噴 涂到導(dǎo)熱層上構(gòu)成,所述耐熱蝕層由高硬度、強(qiáng)耐熱蝕性能的合金陶瓷材料通過(guò)熱噴涂到 過(guò)渡層上構(gòu)成。
      [0011] 進(jìn)一步地,所述導(dǎo)熱層所用高導(dǎo)熱金屬材料為Al、Zn、Cu中的一種或多種。
      [0012] 進(jìn)一步地,所述過(guò)渡層所用金屬材料為不銹鋼、FeCrAl、NiCr、NiCrAl中的一種。
      [0013] 進(jìn)一步地,所述耐熱蝕層所用的合金陶瓷材料為碳化鉻類(lèi)、碳化鎢類(lèi)、鈷基類(lèi)中的 一種或多種。
      [0014] 更進(jìn)一步地,所述碳化鉻類(lèi)合金陶瓷材料包括Cr3C2-7NiCr、Cr3C2-25NiCr。
      [0015] 更進(jìn)一步地,所述碳化鎢類(lèi)合金陶瓷材料包括WC-12Co、WC-8C0。
      [0016] 更進(jìn)一步地,所述鈷基類(lèi)合金陶瓷材料包括CoMoCrSi、CoCrNiWSi。
      [0017] 優(yōu)選地,所述導(dǎo)熱層厚度為1000ym-3000ym,過(guò)渡層厚度為2000ym-5000ym, 耐熱蝕層厚度為150ym-500ym。
      [0018] 本發(fā)明還提供了前述熱噴涂工藝快速成型銅鑄件模具的制備方法,包括以下步 驟:
      [0019] 步驟1 :將基體材料制成與要生產(chǎn)鑄造的零件結(jié)構(gòu)、尺寸對(duì)應(yīng)的實(shí)型模具,并對(duì)基 體進(jìn)行表面粗化處理,表面粗化方法包括噴砂、滾花或電拉毛;
      [0020] 步驟2:采用火焰噴涂或電弧噴涂方法在步驟1得到的基體的表面噴涂高導(dǎo)熱金 屬材料形成導(dǎo)熱層;
      [0021] 步驟3 :采用火焰噴涂或電弧噴涂方法在步驟2得到的導(dǎo)熱層的表面噴涂高沉積 效率和耐蝕性能的金屬材料形成過(guò)渡層;
      [0022] 步驟4 :采用等離子噴涂或超音速火焰噴涂方法在步驟3得到的過(guò)渡層的表面噴 涂合金陶瓷材料形成耐熱蝕層;
      [0023] 步驟5 :去除基體材料,得到滿(mǎn)足要求的銅鑄件模具。
      [0024] 進(jìn)一步地,具體步驟如下:
      [0025] 步驟1 :將ABS塑料、水溶性石膏或石英砂/石蠟混合物材料制成與要生產(chǎn)鑄造的 零件結(jié)構(gòu)、尺寸對(duì)應(yīng)的實(shí)型模具,對(duì)基體進(jìn)行噴砂、滾花或電拉毛處理;
      [0026] 步驟2 :采用電弧噴涂方法制備導(dǎo)熱層,噴涂參數(shù)為:噴涂電流100~400A,噴涂 電壓15~60V,壓縮空氣壓力0. 3~IMPa,噴涂距離100~300mm;當(dāng)選擇噴涂易氧化金屬 Cu時(shí),壓縮氣體為氬氣;
      [0027] 步驟3 :采用電弧噴涂方法制備過(guò)渡層,噴涂參數(shù)為:噴涂電流200~350A,噴涂 電壓25~50V,壓縮空氣壓力0? 3~IMPa,噴涂距離100~300謹(jǐn);
      [0028] 步驟4 :采用超音速火焰噴涂方法制備耐熱蝕層,噴涂參數(shù)為:助燃?xì)?、燃?xì)夂洼o 助氣的壓力分別為8~12bar、4~8bar和6~8bar,流量分別為100~250slpm、60~ 90slpm和350~550slpm,送粉氣壓力為2~8bar,流量為10~20slpm,送粉速率為30~ 120g/min,噴涂距離為200~350mm;
      [0029] 步驟5 :采用化學(xué)溶解法或水溶解法,使噴涂成型的模具從基底材料上脫模,得到 滿(mǎn)足要求的銅鑄件模具。
      [0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
      [0031] 1、本發(fā)明中,導(dǎo)熱層由高導(dǎo)熱金屬材料構(gòu)成,起到使模具熱量快速傳輸,鑄件快速 成型的作用;過(guò)渡層由高沉積效率、且具備一定力學(xué)性能和耐蝕性能的金屬材料構(gòu)
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